Магнето

редактировать
Для использования в других целях, см Магнето (значения). Демонстрационный магнето с ручным заводом, созданный примерно в 1925 году, выставлен в Музее истории науки в Виль-де-Женев. Магнитогенератор Société de l'Alliance мощностью 2 кВт для дуговых ламп, около 1870 г.

Магнито представляет собой электрический генератор, который использует постоянные магниты, чтобы произвести периодические импульсы переменного тока. В отличие от динамо-машины, в магнето нет коммутатора для выработки постоянного тока. Он классифицируется как форма генератора переменного тока, хотя обычно считается отличным от большинства других генераторов переменного тока, в которых используются катушки возбуждения, а не постоянные магниты.

Магнитогенераторы с ручным приводом использовались для обеспечения вызывного тока в телефонных системах. Магнето были также адаптированы для создания импульсов высокого напряжения в системах зажигания некоторых двигателей внутреннего сгорания с бензиновым двигателем, чтобы обеспечить питание свечей зажигания. Использование таких запальных магнето для зажигания в настоящее время ограничено в основном двигателями без низковольтной электрической системы, такими как газонокосилки и бензопилы, и авиационными двигателями, в которых поддержание зажигания независимо от остальной электрической системы гарантирует, что двигатель продолжает работать. работает в случае отказа генератора или аккумулятора. Для резервирования практически все самолеты с поршневыми двигателями оснащены двумя магнито-системами, каждая из которых обеспечивает питание одной из двух свечей зажигания в каждом цилиндре.

Магнето использовалось для специализированных изолированных систем питания, таких как системы дуговых ламп или маяки, для которых их простота была преимуществом. Они никогда не применялись широко для массового производства электроэнергии для тех же целей или в той же степени, что и динамо-машины или генераторы переменного тока. Лишь в нескольких специализированных случаях они использовались для выработки электроэнергии.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 История
    • 1.1 Гальваника
    • 1.2 Дуговое освещение
    • 1.3 Маяки
    • 1.4 Самовозбуждающие динамо-машины
  • 2 Производство электроэнергии
    • 2.1 Ветряные турбины
  • 3 велосипеда
  • 4 Медицинское применение
  • 5 магнето зажигания
  • 6 Телефон
  • 7 Возможности будущего
    • 7.1 Управляемые ракеты
  • 8 См. Также
  • 9 Примечания
  • 10 Ссылки

История

Производство электрического тока из движущегося магнитного поля было продемонстрировано Фарадеем в 1831 году. Первые машины, производящие электрический ток из магнитного поля, использовали постоянные магниты; динамо - машина, которая используется электромагнит для создания магнитного поля, была разработана позже. В машине, построенной Ипполитом Пикси в 1832 году, использовался вращающийся постоянный магнит для индукции переменного напряжения в двух неподвижных катушках.

Гальваника

Коллектор из WOOLRICH электрического генератора

Первой электрической машиной, использованной для промышленного процесса, был магнето, электрический генератор Вулрича. В 1842 году Джон Стивен Вулрич получил патент Великобритании 9431 на использование электрического генератора в гальванике, а не батарей. Машина была построена в 1844 году и лицензирована для использования на заводе Элкингтон в Бирмингеме. Такое гальваническое покрытие стало важным аспектом индустрии игрушек Бирмингема, изготовления пуговиц, пряжек и подобных мелких металлических предметов.

Уцелевшая машина имеет приложенное поле от четырех подковообразных магнитов с осевыми полями. Ротор имеет десять осевых катушек. Для гальваники требуется постоянный ток, поэтому обычное магнето переменного тока неприменимо. В машине Вулрича, что необычно, есть коммутатор, чтобы преобразовать ее выход в постоянный ток.

Дуговое освещение

Арматура de Méritens с кольцевой обмоткой и однополюсный наконечник Генератор с маяка Саутер в Музее науки в Лондоне, построенный Фредериком Хейлом Холмсом.

Большинство ранних динамо-машин были биполярными, поэтому их мощность циклически изменялась, когда якорь вращался вокруг двух полюсов.

Для достижения адекватной выходной мощности в магнитогенераторах использовалось намного больше полюсов; обычно шестнадцать, из восьми подковообразных магнитов, расположенных в кольцо. Поскольку доступный поток был ограничен металлургией магнита, единственным вариантом было увеличить поле за счет использования большего количества магнитов. Поскольку эта мощность все еще была недостаточной, дополнительные диски ротора были уложены в аксиальном направлении вдоль оси. Это имело то преимущество, что каждый диск ротора мог, по крайней мере, разделять поток двух дорогих магнитов. Показанная здесь машина использует восемь дисков и девять рядов магнитов: всего 72 магнита.

Роторы, которые использовались впервые, были намотаны в виде шестнадцати осевых катушек, по одной на полюс. По сравнению с биполярным динамо, это имело то преимущество, что большее количество полюсов давало более плавный выход на оборот, что было преимуществом при использовании дуговых ламп. Таким образом, Magnetos заняли небольшую нишу в качестве генераторов освещения.

Бельгийский инженер-электрик Флорис Нолле (1794–1853) стал особенно известен благодаря этому типу дуговых осветительных генераторов и основал британо-французскую компанию Société de l'Alliance для их производства.

Французский инженер Огюст де Меритен (1834–1898) разработал для этой цели магнето. Его нововведение состояло в замене обмоток ротора, намотанных ранее на отдельные бобины, на якорь с кольцевой намоткой. Эти обмотки были помещены на сегментированный железный сердечник, похожий на кольцо Грамма, так, чтобы образовать единый непрерывный обруч. Это давало более равномерный выходной ток, что было еще более выгодно для дуговых ламп.

Маяки

Меритан ' маяк генератор

Де Меритенса сегодня больше всего помнят за его производство магнитогенераторов специально для маяков. Им отдали предпочтение за их простоту и надежность, в частности за отсутствие коммутаторов. В морском воздухе маяка коммутатор, который раньше использовался с динамо-генераторами, был постоянным источником проблем. Смотрители маяков того времени, обычно полуотставные моряки, не обладали достаточными механическими или электрическими навыками, чтобы обслуживать эти более сложные машины.

На изображении магнитогенератора де Меритена показан якорь с кольцевой обмоткой. Поскольку теперь имеется только один диск ротора, каждый подковообразный магнит состоит из набора отдельных магнитов, но действует через пару полюсных наконечников.

Самовозбуждающие динамо-машины

Машина Уайльда, где маленький магнето (вверху) питает катушки возбуждения более крупного генератора внизу.

И динамо-машины, и генераторы переменного тока нуждались в источнике энергии для возбуждения катушек возбуждения. Это не могло быть обеспечено выходом их собственного генератора без некоторого процесса « начальной загрузки ».

Генри Уайлд, инженер-электрик из Манчестера, Англия, разработал комбинацию магнето и электромагнитного генератора, в котором магнето использовалось только для подачи поля на более крупный генератор переменного тока. Это проиллюстрировано в работе Рэнкина Кеннеди « Электрические установки». Кеннеди сам разработал более простую версию этого, предназначенную для использования в системах освещения на кораблях, где динамо-машина и магнето были собраны на одном валу. Нововведение Кеннеди заключалось в том, чтобы вообще отказаться от чистки щеток. Ток, генерируемый в магнето, передается по проводам, прикрепленным к вращающемуся валу, на катушку вращающегося поля динамо. Затем мощность динамо снимается с катушек статора. Это «наизнанку» по сравнению с обычным динамо-машиной, но исключает необходимость в щетках.

Изобретение самовозбуждающейся области по Варли, Siemens amp; Уитстона удалена необходимость магнито возбудителя. Небольшое остаточное поле в железном якоре катушек возбуждения действовало как слабый постоянный магнит и, следовательно, как магнето. Шунт проводка генератора питает некоторые из его выходного тока обратно в поле катушек, которые, в свою очередь, увеличивает выход. Таким образом, поле восстанавливается, хотя это может занять 20-30 секунд.

Использование магнето здесь сейчас устарело, хотя отдельные возбудители все еще используются для генераторов большой мощности, поскольку они позволяют легче контролировать выходную мощность. Это особенно характерно для трансмиссий дизель-электрических локомотивов.

Выработка энергии

Магнето имеет преимущества простоты и надежности, но его размер ограничен из-за магнитного потока, создаваемого их постоянными магнитами. Фиксированное возбуждение магнето затрудняло управление его напряжением на клеммах или выработкой реактивной мощности при работе в синхронизированной сети. Это ограничивало их использование для приложений большой мощности. Магнето для выработки энергии было ограничено узкими областями, такими как питание дуговых ламп или маяков, где наиболее ценились их особые характеристики выходной стабильности или простой надежности.

Ветряные турбины

Небольшие ветряные турбины, особенно самодельные конструкции, широко применяют генераторы переменного тока на магнето. В генераторах используются вращающиеся неодимовые редкоземельные магниты с трехфазным статором и мостовым выпрямителем для выработки постоянного тока (DC). Этот ток либо непосредственно перекачивает воду, либо накапливается в батареях, либо приводит в действие сетевой инвертор, который может питать коммерческую электрическую сеть. Типичная конструкция представляет собой генератор осевого потока, переработанный из автомобильного тормозного диска и ступичного подшипника. Макферсон обеспечивает азимутальный подшипник для приведения турбины в ветер. Тормозной диск с прикрепленными к нему редкоземельными магнитами вращается, образуя якорь. Рядом с ним помещен фанерный диск с множеством осевых катушек, а за ним - железное кольцо якоря.

В больших размерах, от 100 кВт до МВт, машины, разработанные для современных ветряных турбин, называются синхронными генераторами с постоянными магнитами.

Велосипеды

Основная статья: Велосипедное динамо

Одним из популярных и распространенных способов использования магнето сегодня является питание фонарей и устройств с питанием от USB на велосипедах. Чаще всего небольшой магнето, называемый динамо-машиной для бутылок, трется о шину велосипеда и генерирует мощность при вращении колеса. Более дорогостоящим и менее распространенным, но более эффективным является динамо-втулка, которая вращает неодимовые магниты вокруг медной катушки в клетке с когтями внутри ступицы колеса. Обычно называемые динамо-машины, оба устройства на самом деле являются магнето, производящими переменный ток в отличие от постоянного тока, производимого настоящим динамо-машиной.

Медицинское приложение

Магнето также использовалось в медицине для лечения психических заболеваний на заре электромедицины. В 1850 году французский врач Дюшен де Булонь разработал и изготовил магнето с переменным внешним напряжением и частотой путем изменения оборотов вручную или изменения индуктивности двух катушек для клинических экспериментов в неврологии.

Магниты зажигания

Основная статья: Магнито зажигания

В системах зажигания поршневых двигателей с искровым зажиганием используются магнето, предназначенные для создания импульсов высокого напряжения для свечей зажигания. Магнето используются в поршневых авиационных двигателях из-за их надежности и простоты, часто попарно. В моторных спортивных транспортных средствах, таких как мотоциклы и снегоходы, могут использоваться магнето, поскольку они легче по весу, чем система зажигания, работающая от аккумулятора. Небольшие двигатели внутреннего сгорания, используемые в газонокосилках, цепных пилах, переносных насосах и подобных устройствах, используют магнето для экономии и снижения веса. Магниты не используются в автомобильных транспортных средствах, у которых есть проворачивающая батарея, которая может нуждаться в большем контроле опережения зажигания, чем может обеспечить магнито-система, хотя сложные твердотельные контроллеры становятся все более распространенными.

телефон

Основная статья: Телефонный магнето Шведский телефон (ок. 1896 г.) с рукояткой магнето на правой стороне

Руководство телефонов для обслуживания местной батареи станции в магнитооптических биржах были оснащены ручным коленчатые генератором магнито для получения переменного напряжения для предупреждения центрального офиса оператора или звонить в колокола других телефонов на одной и те же линии (партий).

Будущие возможности

Развитие современных редкоземельных магнитов делает простой генератор переменного тока более практичным в качестве генератора энергии, поскольку они позволяют значительно увеличить напряженность поля. Поскольку магниты компактны и имеют малый вес, они обычно образуют ротор, поэтому выходные обмотки могут быть размещены на статоре, что исключает необходимость использования щеток.

Управляемые ракеты

К концу 1980-х годов разработка магнитных материалов, таких как самарий-кобальт, один из первых редкоземельных элементов, позволила использовать генераторы с постоянными магнитами в приложениях, требующих чрезвычайно надежного генератора. В управляемых ракетах такие генераторы могут заменить генератор с переключением потока. Они должны работать на высоких скоростях, напрямую соединенных с турбиной. Оба типа имеют то преимущество, что выходные катушки являются частью статора, что исключает необходимость использования щеток.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

Последняя правка сделана 2023-12-31 01:26:11
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте